JP4065654B2 - 複数シリンダロータリ圧縮機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば冷蔵庫や空調機等の冷凍サイクルに使用される複数シリンダロータリ圧縮機に係り、クランク軸の曲がり変形を低減し、効率を高めた複数シリンダロータリ圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気調和機や冷蔵庫用の圧縮機としては、レシプロ型、ロータリ型、スクロール型、スクリュー型等が使用されている。これらの圧縮機には、従来、ＨＣＦＣ系の冷媒が使用されていた。しかし昨今、ＨＣＦＣ系冷媒も太陽光中の紫外線により分解し、発生した塩素が成層圏中のオゾン層を破壊することが明らかとなり、国連環境計画主導により、１９８７年「オゾン層を破壊する物質に関するモントリオール議定書」が締結され、２００４年から段階的にＨＣＦＣ系冷媒が規制されることとなった。
【０００３】
以上の理由から、代替冷媒としてＨＦＣ系冷媒や構成分子にフロンを含まない自然系冷媒を使用した圧縮機の開発が取り組まれている。圧縮機にＨＦＣ系冷媒や二酸化炭素等の自然冷媒を使用した場合、作動ガスの圧力が高くなるものがあるため、圧縮室の摺動部隙間からの冷媒ガスの漏れが従来のＨＣＦＣ系の冷媒よりも増える。そのため、隙間からの漏れを小さく設定することが可能なロータリ圧縮機を代替冷媒用に使用する場合がある。
【０００４】
ところで、代替冷媒を１シリンダのロータリ圧縮機に使用した場合、作動ガスの吸込み圧力と吐出し圧力の差が大きいため、圧縮に伴うトルク変動幅が大きくなり、特に２〜３馬力程度の圧縮機の場合には、振動が大きくなるといった問題があった。そのために、複数シリンダのロータリ圧縮機を採用することがある。
【０００５】
一方、一般的にロータリ圧縮機を設計する場合は、軸受部に発生するクランク軸と軸受との摩擦による回転動力の機械的損失すなわち摩擦損失を低減することを目的として、クランク軸と軸受との接触面積を縮小し、さらに慣性モーメントを小さくするためにクランク軸径を可能な限り小さく設計することが望ましい。また、クランク軸径を小さくすることによりクランク軸とともに構成されるピストン回転体の重量が軽くなり、駆動のためのモータ消費電力を小さくできる。また、さらにクランク軸径が小さくなる分、全体の圧縮機の外径も小さくでき、小スペース化にも有効であるという利点がある。
【０００６】
他方、圧縮機に代替冷媒として凝縮圧力が高いＨＦＣ系冷媒を使用した場合、従来のＨＣＦＣ冷媒に比べ蒸発潜熱が大きく、蒸発ガス密度が大きいため、圧縮機の押し除け容積あたりの能力が大きくなる。このような代替冷媒に適した圧縮室のディメンジョンを提案する２シリンダのロータリ圧縮機として、特開平８−１４４９７６公報に、シリンダ高さＨをシリンダ内径Ｄｓとクランク偏心量ｅの積で除したＨ／ ( Ｄｓ・ｅ ) の値が０．０７〜０．１３の範囲の値になることが記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の方式で製作した複数シリンダのロータリ圧縮機に代替冷媒を使用した場合、作動ガスの吸込み圧力と吐出し圧力との差が大きくなる冷媒があることと、複数シリンダにすることにより、シリンダの両側に設置されている軸受同士の間隔が１シリンダの場合よりも大きくなること、すなわちガス荷重を受ける支点が長くなることと、さらに、クランク軸径を小さく設計することを志向されることから、シリンダの両側に配置された軸受の間におけるクランク軸の曲がり変形が大きくなる。クランク軸の曲がり変形が大きくなると、軸受に対するクランク軸の傾きが大きくなり、片当たりが生じる。この片当たりにより、クランク軸は軸受から押し付け反力を受け摩擦損失となり、駆動力のロスになるという問題がある。さらに、２つの軸受の間で曲がり変形が起こることにより、ピストンも傾くため、各シリンダを密閉する部材端面および仕切板端面と各ピストン端面との間に片当たりが生じ、各ピストン端面は相対する端面から反力を受けて摩擦損失が大きくなるという問題がある。
【０００８】
上記の２つの問題となる摩擦損失は、クランク軸の曲がり変形量が大きくなると圧縮機の性能に対して無視できなくなる。これらの摩擦損失は、いずれも片当たりによるものであって、クランク軸が曲がろうとしているにもかかわらず、２つの軸受や、仕切板および上下の端面によって拘束されることにより生じる反力であり、接触面積が小さく、接触面圧が高くなるために、機械的なエネルギー損失が発生する。他方、軸受部に生じる摩擦損失は、平均的にクランク軸と軸受とに働くため、前記の曲がり変形によって生じる摩擦損失よりも小さい。したがって、クランク軸径を小さくすることは、クランク軸と軸受との摩擦損失を低減し、性能に対する効果があるが、曲がり変形が大きくなることによって増加する摩擦損失の圧縮機性能への影響が大きくなるため、クランク軸径の縮小には限りがある。
【０００９】
また、クランク軸の曲りによって生じるピストンの傾きが生じることを考慮すると、ピストン端面と仕切板並びに端板との隙間を、生じるピストンの傾きに応じて大きく設定する必要があり、これらの隙間の増大により、圧縮ガスの漏れ量が増え、圧縮室の体積効率が低下するといった問題がある。
【００１０】
一方、代替冷媒として作動圧力が高くないＨＦＣ系混合冷媒や炭素系自然冷媒を用いた場合においても、軸受間距離が大きくなることにより前述したクランク軸の曲りが生じ、これによってピストンが傾くことになり、軸受や端板面に片当りが生じる。代替冷媒は、従来のＨＣＦＣ系冷媒のように極圧抑制作用のある塩素分子がないため、接触部分において摩擦損失が増加し、エネルギ損失や摩耗が増加する問題がある。
【００１１】
上記２つの問題を解決することは代替冷媒を用いた複数シリンダのロータリ圧縮機を設計する上で課題となる。
【００１２】
特開平８−１４４９７６公報に記載された技術は、冷媒ガスの排除効率を最適にするための設計基準は記載されているが、クランク軸の曲がり変形による摩擦損失や体積効率の低下に関して記載されておらず、これらを解決することが重要な課題となる。
【００１３】
本発明の目的は、クランク軸の曲がり変形を低減する複数シリンダロータリ圧縮機を提供することにある。
【００１４】
また、本発明のその他の目的は、組み立て性を維持しつつクランク軸の曲がり変形を低減する複数シリンダロータリ圧縮機を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、
密閉容器内に電動機部と圧縮機部とがクランク軸によって連結され、前記クランク軸が回転軸に対して偏心した第１のクランクピンと第２のクランクピンを備え、前記圧縮機部が、前記クランク軸を支持する主及び副軸受と、前記主および副軸受間に設けられ、前記第１もしくは第２のクランクピンの外径より大きい内径の貫通孔を有する仕切板によって仕切られた第１、第２のシリンダと、前記第１、第２のシリンダ内で前記クランク軸の回転に伴って偏心運動する第１、第２のピストンと、前記クランク軸を備えた複数シリンダロータリ圧縮機において、
前記第１のクランクピンと第２のクランクピンとの間に設けられた複数の接続部であって、前記接続部の各々は前記各クランクピンの偏心方向に張り出し、前記接続部のうちの少なくとも一つは、前記仕切板の貫通孔内に収納される部分に設けることによって達成される。
【００１６】
また、上記目的は、
密閉容器内に電動機部と圧縮機部とがクランク軸によって連結され、前記クランク軸が回転軸に対して偏心した第１のクランクピンと第２のクランクピンを備え、前記圧縮機部が、前記クランク軸を支持する主及び副軸受と、前記主および副軸受間に設けられ、前記第１もしくは第２のクランクピンの外径より大きい内径の貫通孔を有する仕切板によって仕切られた第１、第２のシリンダと、前記第１、第２のシリンダ内で前記クランク軸の回転に伴って偏心運動する第１、第２のピストンと、前記クランク軸を備えた複数シリンダロータリ圧縮機において、
前記第１のクランクピンと前記第２のクランクピンとの間に構成された中間軸のうち、前記仕切板の貫通孔内に収納される部分の回転軸に対する垂直断面が、前記第１のクランクピンもしくは前記第２のクランクピンのうち、一方のクランクピンの回転軸に対する垂直断面に含まれ、かつ、他方のクランクピンの回転軸に対する垂直断面の部分に含まれない部分があり、かつ、外形と回転軸心からの距離の最大値が、前記仕切板の貫通孔の内半径よりも小さい接続部を、前記貫通孔内に収納される部分の中間軸に備えることによって達成される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面により説明する。図１は本発明による複数シリンダロータリ圧縮機の一実施形態を示す縦断図面であり、図２は複数シリンダロータリ圧縮機のクランク軸の形状を示す側面図、図３は図２のクランク軸の断面形状を示す断面図である。
【００１９】
図１ないし図３において、１は密閉容器、２は電動機部で、２ａは電動機のロータ、２ｂはステータ、４０、４１はロータ２ａに設けたバランス重量、３はクランク軸、４は主軸受、５は圧縮機構部、６ａは第１のシリンダ、６ｂは第２のシリンダ、５０は仕切板、８は副軸受、９はカバー、１０ａは第１のピストン、１０ｂは第２のピストン、１１はカバー、１２ａ、１２ｂはベーン、１３は第１のクランクピン、１４は第２のクランクピン、１５は吐出室、１６は吐出ガス通路、１７は吐出室、１８は吐出パイプ、１９ａ、１９ｂは吸込パイプである。この実施形態は、２個のシリンダを備えた２シリンダロータリ圧縮機を対象にしている。
【００２０】
クランク軸３を支持する主軸受４が密閉容器１の内壁に溶接などによって固定されている。そして、この主軸受４の一方の空間には、電動機２が収納され、他方には、圧縮機構部５が収納されている。電動機２は、クランク軸３が嵌着されたロータ２ａとこれに対向かつ同軸のステータ２ｂとからなり、ステータ２ｂは密閉容器１に固定されている。
【００２１】
圧縮機構部５では、クランク軸３が主軸受４からさらに続いており、その先端部が副軸受８によって支持されている。これら主軸受４と副軸受８との間には、２つのシリンダ６ａ、６ｂと仕切板５０によって仕切られ、2組の圧縮室が形成されており、これらシリンダ６ａ、６ｂ内で夫々クランク軸３にクランクピン部１３、１４が形成されている。すなわち、仕切板５０は、２つのシリンダ６ａ、６ｂ間に挟まれる構造をなしている。また、これらシリンダ６ａ、６ｂ内に夫々ピストン１０ａ、１０ｂが収納されており、これらピストン１０ａ、１０ｂは夫々クランクピン部１３、１４に嵌入されている。電動機部２によってクランク軸３が回転駆動されると、クランクピン部１３、１４にしたがってピストン１０ａ、１０ｂが互いに１８０゜の位相差で回転する。
【００２２】
これらピストン１０ａ、１０ｂには、バネ部材によってベーン１２ａ、１２ｂが常に圧接されており、シリンダ６ａではピストン１０ａとベーン１２ａとにより、また、シリンダ６ｂではピストン１０ｂとベーン１２ｂとにより、夫々圧縮室が形成されるが、クランク軸３の回転によるピストン１０ａ、１０ｂの偏心回転により、シリンダ６ａ、６ｂ内の圧縮室は縮小と拡大を繰り返す。そこで、シリンダ６ａ、６ｂには、そこでの圧縮室が拡大したとき、吸込パイプ１９ａ、１９ｂから供給される冷媒ガスがこれら圧縮室に吸い込まれ、クランク軸３の回転とともに圧縮室が縮小することにより、冷媒ガスは圧縮され、これらの圧力がある大きさになると（吐出圧力）、シリンダ６ａ内の圧縮冷媒ガスは主軸受４とそのカバー１１によって形成される吐出室１７に、シリンダ６ｂ内の圧縮冷媒ガスは副軸受８とそのカバー９によって形成される吐出室１５にそれぞれ吐出される。冷媒ガスは、シリンダ６ａ、６ｂによって交互に圧縮され、密閉容器１から吐出パイプ１８を通って冷凍サイクルへ吐出される。
【００２３】
図２は、本発明の一実施例を示した２シリンダロータリ圧縮機のクランク軸３の一部分を抜き出した図である。３０は、回転軸に対し互いに偏心した第１のクランクピン１３及び第２のクランクピン１４を接続する中間軸、５１は仕切板５０に開けた貫通孔、３１及び３２は中間軸３０であって仕切板５０の貫通孔５１内に収納される第1及び第2の接続部である。第１のクランクピン１３、第２のクランクピン１４、中間軸３０、第1の接続部３２及び第2の接続部３１を含むクランク軸３０は、鋳造により一体に成形されている。
【００２４】
第１のクランクピン１３及び第２のクランクピン１４には、図２には図示しない、第１のピストン１０ａ及び第２のピストン１０ｂの運動によって冷媒が圧縮され、この圧縮荷重がかかる。この圧縮荷重の方向は、それぞれのクランクピンの偏心方向である。すなわち、図２においてクランク軸３を左方向（反時計回り）に回転させる傾転モーメントが働く。また、両クランクピンに働く圧縮荷重の和は、クランク軸３の回転位置によっては大きく変化はしないものの、一方のピストン１０の外壁面シリンダ６の内壁面によって形成される作動室の圧力が吐出圧になったときに最も大きな値となる。
【００２５】
この圧縮荷重（ガス荷重）がそれぞれのクランクピンにかかるため、シリンダの両側に配置された軸受からは反力を受け、軸受の間におけるクランク軸には曲げが作用する。このため、クランク軸３と同径の従来の中間軸では、この曲げによって中間軸部が変形し主軸受４や副軸受８の片当たりといった問題があった。
【００２６】
このような問題を解決するため、図２に示した実施の形態では、クランク軸３とほぼ同径である中間軸３０をそれぞれのクランクピンの偏心方向に拡張した接続部を設けた。すなわち、第１のクランクピン１３と接する中間軸３０にはクランクピン１３の偏心方向に拡張した第１接続部３２を、第２のクランクピン１４と接する中間軸３０にはクランクピン１４の偏心方向に拡張した第２接続部３１を設けた。
【００２７】
このとおり、中間軸３０に設けられた第２接続部３１はクランクピン１４の偏心方向に拡張されている。すなわち、中間軸３０に形成された接続部３１のクランク軸３に対して垂直な断面（例えばＡＡ断面）は第２のクランクピン１４の断面に含まれるているが、第１のクランクピン１３の断面には含まれない部分に拡張している。同様に、中間軸３０に設けられた第１接続部３２はクランクピン１３の偏心方向に拡張されている。すなわち、中間軸３０に形成された接続部３２のクランク軸３に対して垂直な断面は第１のクランクピン１３の断面に含まれるているが、第２のクランクピン１４の断面には含まれない部分に拡張している。
【００２８】
このように、拡張された接続部３１及び３２を中間軸３０に形成することにより、図２において、クランクピンが中間軸３０に与える荷重を支えることが可能になり、中間軸３０の変形が緩和され、各軸受の片当たりが抑制される。
【００２９】
次に組み立て法について簡単に説明する。図１において、電動機部２及び主軸受４は既に密閉容器１内に組み込まれているものとする。第１のクランクピン１３、第２のクランクピン１４、中間軸３０、第１の接続部３２及び第２の接続部３１を含むクランク軸３０に、圧縮機構部５を形成する各部品の組み込みに付き説明する。第１クランクピン１３に第１ピストン１０ａを組み込み、その周囲を覆う第１シリンダ６ａを配置する。次に、仕切板５０を配置する。仕切板５０の貫通孔５１をクランク軸３に挿入し、第２クランクピン１４を通す。この貫通孔５１の内径は、第２クランクピン１４の外径よりも若干大きく形成されている。そして、仕切板５０が第２クランクピン１４を通過したところで、仕切板５０を第２クランクピン１４の反偏心方向に移動させる。すなわち、仕切板５０の貫通孔５１の中心がクランク軸３の中心と一致する方向に仕切板５０を移動する。続いて、第２クランクピン１４に第２ピストン１０ｂを嵌め込んでその周囲に第２シリンダを配置し、副軸受８を取り付けてネジ止めすることにより圧縮機構部５の組み立てが完成する。
【００３０】
この組み立てに関しての留意点を以下に示す。まず第１に、仕切板５０の貫通孔５１が第２クランクピン１４を通過可能である径であること。第２に、貫通孔５１の内径内に中間軸３０が配置されるのであるが、中間軸３０に設けられた各接続部がクランク軸３が回転しても、貫通孔５１の内壁に当接しないこと。第３に、第１接続部３２、第２接続部３１及び仕切板５０の厚さの関係が、第２のクランク軸１４を通過した仕切板５０が中間軸３０近傍で、貫通孔５１の中心がクランク軸３の中心に一致するように仕切板５０が移動可能であるような関係となっていること。
【００３１】
第１については、貫通孔５１の内径を第２クランクピン１４の外径よりも大きくすることで解決される。複数シリンダロータリ圧縮機では、ピストン端面と仕切板端面との間は圧縮室を仕切る密閉要素になっている。偏心運動するピストンの外径の軌跡と仕切板の貫通孔内径の距離が大きいほど、密閉性が高くなるため、この貫通孔内径は小さい方が望ましい。一方、クランクピン間に仕切板を組込むためには、仕切板の貫通孔の内径は、少なくとも一方のクランクピンの外径より大きくなければならないが、その差はクランクピンが通過可能な最小限にすることが望ましい。
【００３２】
第２について、図３を用いて説明する。この図は、図２のクランク軸３の接続部３１の断面形状を示すＡＡ断面図である。図３において、ＲＰ２は第２のクランクピン１４（実線）の中心軸を中心とした外半径、ＲＨは仕切板５０の貫通孔５１（点線）の内半径、ＲＪはクランク軸３を回転させたとき、クランク軸３の中心から最も離れた中間軸３０の接続部３１の軌跡を示す円（２点鎖線部が１個所ある円）の外半径で、ＲＨより小さい。なお２点鎖線部が２個所ある円はクランクピン１３である。
【００３３】
すなわち、２つの接続部のうち最も中間軸３０の中心から離れている部分の回転軌跡が貫通孔５１内径よりも内部にあれば両者は接触しない。本実施の形態では図３に示すごとく、接続部の最外径の回転軌跡が貫通孔５１の内径よりも小さく設定してあるので、支障なくクランク軸３を回転させることができる。
【００３４】
第３について説明する。ここで、もし、第１の接続部３２の厚さと第２の接続部３１の厚さが同じであり、かつ中間軸の高さの半分であり、さらに仕切板５０の厚さが第１の接続部３２及び第２の接続部３１の厚さよりも厚いと仮定する。クランクピン１４を通過した仕切板５０は、第２の接続部３２に当接する。この時、貫通孔５１はまだ第２のクランクピン１４を抜けていないので、第２のクランクピン１４によって横方向の移動が規制されてしまう。このため、中間軸３０の位置に貫通孔５１を配置することはできない。本実施形態では、組み立て時に仕切板５０の貫通孔５１を通過させないクランクピン（本例では第１のクランクピン１３）側の接続部（本例では第１接続部３２）のクランクピン（第１のクランクピン１３）とは反対の面と、貫通孔５１を通過させるクランクピン（本例では第２クランクピン１４）の仕切板５０に対向する面の基準線迄の距離を、仕切板５０の厚さよりも大きくした（この時、貫通孔５１を通過させるクランクピン（本例では第２クランクピン１４）側の接続部（本例では第２接続部３１）の厚さは自由に設定可能）。この構成によって、貫通孔５１を第２クランクピン１４を通過させた後、予定の位置に仕切板５０を移動させることが可能となる。
【００３５】
本実施の形態によれば、中間軸３０の接続部３１の断面形状は、第２のクランクピン１４と仕切板５０の貫通孔５１が重なった範囲にあり、かつ、第１のクランクピン１３の断面とは重ならない部分がある構成である。したがって、組立て時、第２のクランクピン１４と中間軸３０の接続部３１を仕切板５０の貫通孔５１が通過可能であり、運転中は接触せずに回転できる。また、中間軸３０の大部分を占める接続部３１の断面形状を、組立て時仕切板５０の貫通孔５１が通過しない第１のクランクピン１３の断面に含まれない部分に拡張しているため、この部分の断面積を増加し、中間軸３０の曲がり変形が小さくなる。
【００３６】
図４は、他の変形例を示す図である。図５は、図４の中間軸３００の仕切板５０の貫通孔５１に収納される第１接続部３１０の断面形状を示すＢＢ断面図である。クランク軸３の中間軸３００の第１接続部３１０の回転軸に対する垂直断面の形状は、２つのクランクピンのうち電動機２に近い第１のクランクピン１３の断面に含まれ、かつ、第２のクランクピン１４の断面に含まれない部分があるように拡大している。図５において、ＲＰ１は第１のクランクピン１３の中心軸を中心とする外半径、ＲＨは仕切板５０の貫通孔５１の内半径、ＲＪは中間軸３００の第１接続部３１０の外半径で、ＲＨより小さい。
【００３７】
第１の実施の形態と同様に、中間軸３００の第１接続部３１０の断面積を仕切板５０が組立可能な範囲で最大に拡大することにより、剛性を大きくでき、軸の曲がり変形が小さい構造とすることができる。また、第１接続部３１０は回転軸に対し偏心アンバランス重量を有している。二つのクランクピンとピストンによるアンバランス重量を電動機２のロータ２ａ上下に設けたバランス重量４０、４１で平衡させる構造において、電動機２に近い方に偏心重量を設けることにより、ロータ２ａの下部に設けるバランス重量４０を小さくできる。これによりバランス重量の材料の低減、必要スペースの縮小、さらには、バランス重量の遠心力による軸の曲り変形を低減することができるため、軸受摩擦損失の低減、振動の低減に対する効果がある。
【００３８】
なお、この場合の組み立ては、第１クランクピン１３が貫通孔５１を通過させるクランクピンとなる。
【００３９】
図６は、他の変形例を示し、第７図は、第６図の中間軸３００の第1のクランクピン１３に接続する第1の接続部３１１と第2のクランクピン１４に接続する第２の接続部３１２の接続部の断面形状を示すＤＤ断面図である。第1のクランクピン１３と第２の接続部３１２との最小距離ＬＰ１は仕切板５０の厚さＢＳよりも大きい。第１、第2の接続部３１１、３１２の回転軸に対する垂直断面はそれぞれ接続しているクランクピンの回転軸に対する垂直断面に含まれ、かつ、他方のクランクピンの回転軸に対する垂直断面に含まれない部分に拡張している。
【００４０】
さらに、前記二つの接続部の断面形状を同心の同外径の円とすればこの部分を含め両者の接続部の断面形状を最大かつ加工容易に形成できる。
【００４１】
本実施の形態によれば、図２に示したものに比べて、貫通孔が通過しない側のクランクピン（本例では第２クランクピン１４）側の接続部（本例では第２接続部３１２）の厚さを大きくすることができる。中間軸３００の接続部３１１、３１２の断面形状は、一方のクランクピンと仕切板５０の貫通孔５１が重なった範囲にあり、かつ、他方のクランクピンの断面とは重ならない部分がある構成である。したがって、組立て時、クランクピンとの距離が仕切板５０の厚さより大きい一方の接続部に対し、他方の接続部とこの接続部が接続しているクランクピンを仕切板５０の貫通孔５１が通過可能であり、かつ、両者の接続部は運転中貫通孔５１とは接触せずに回転できる。したがって、接続部の断面形状は、仕切板５０の組立て可能な範囲で拡張しているため、この部分の断面積を増加し、中間軸３００の曲がり変形を小さくした構造である。
【００４２】
【発明の効果】
以上本発明によれば、複数シリンダを有するロータリ圧縮機において、クランク軸径を小さく設計することを志向するなかで、クランクピン間の曲がり変形を低減でき、クランク軸と軸受、クランクピンとピストン内面あるいは各シリンダを密閉する端板および仕切板端面とピストン端面の片当たりが少なくなるため、摩擦損失が小さくなり、機械効率の損失が低減する。さらに、クランク軸と軸受、ピストンと端板や仕切板端面との余分な隙間も小さくできるため、漏れが少なくなり、体積効率の低減を抑えられる。これらの効果により、クランク軸の変形による性能の低下を抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示した２シリンダロータリ圧縮機の圧縮機部と電動機部を示す縦断面図。
【図２】図１における２シリンダロータリ圧縮機のクランク軸３の一部分を抜き出した図。
【図３】図２のクランク軸３の中間軸３０の接続部３１を、回転軸に垂直な平面に投影した断面図。
【図４】図２に示した例の変形例を示した２シリンダロータリ圧縮機のクランク軸３の一部分を抜き出した図。
【図５】図４のクランク軸３の中間軸３００の接続部３１０を、回転軸に垂直な平面に投影した断面図。
【図６】図２に示した例の変形例を示した２シリンダロータリ圧縮機のクランク軸３の一部分を抜き出した図。
【図７】図６のクランク軸３の中間軸３００の第１の接続部３１１と第２の接続部３１２の接続部を、回転軸に垂直な平面に投影した断面図。
【符号の説明】
１…密閉容器、２…電動機部、２ａ…ロータ、２ｂ…ステータ、３…クランク軸、３０、３００…中間軸、３１、３１０…接続部、３１１…第1の接続部、３１２…第2の接続部、４…主軸受、５…圧縮機構部、６ａ、６ｂ…シリンダ、５０…仕切板、５１…貫通孔、８…副軸受、９…カバー、１０ａ、１０ｂ…ピストン、１１…カバー、１２ａ、１２ｂ…ベーン、１３…第１のクランクピン、１４…第２のクランクピン、１５…吐出室、１６…吐出ガス通路、１７…吐出室、…吐出パイプ、１９ａ、１９ｂ…吸込みパイプ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば冷蔵庫や空調機等の冷凍サイクルに使用される複数シリンダロータリ圧縮機に係り、クランク軸の曲がり変形を低減し、効率を高めた複数シリンダロータリ圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気調和機や冷蔵庫用の圧縮機としては、レシプロ型、ロータリ型、スクロール型、スクリュー型等が使用されている。これらの圧縮機には、従来、ＨＣＦＣ系の冷媒が使用されていた。しかし昨今、ＨＣＦＣ系冷媒も太陽光中の紫外線により分解し、発生した塩素が成層圏中のオゾン層を破壊することが明らかとなり、国連環境計画主導により、１９８７年「オゾン層を破壊する物質に関するモントリオール議定書」が締結され、２００４年から段階的にＨＣＦＣ系冷媒が規制されることとなった。
【０００３】
以上の理由から、代替冷媒としてＨＦＣ系冷媒や構成分子にフロンを含まない自然系冷媒を使用した圧縮機の開発が取り組まれている。圧縮機にＨＦＣ系冷媒や二酸化炭素等の自然冷媒を使用した場合、作動ガスの圧力が高くなるものがあるため、圧縮室の摺動部隙間からの冷媒ガスの漏れが従来のＨＣＦＣ系の冷媒よりも増える。そのため、隙間からの漏れを小さく設定することが可能なロータリ圧縮機を代替冷媒用に使用する場合がある。
【０００４】
ところで、代替冷媒を１シリンダのロータリ圧縮機に使用した場合、作動ガスの吸込み圧力と吐出し圧力の差が大きいため、圧縮に伴うトルク変動幅が大きくなり、特に２〜３馬力程度の圧縮機の場合には、振動が大きくなるといった問題があった。そのために、複数シリンダのロータリ圧縮機を採用することがある。
【０００５】
一方、一般的にロータリ圧縮機を設計する場合は、軸受部に発生するクランク軸と軸受との摩擦による回転動力の機械的損失すなわち摩擦損失を低減することを目的として、クランク軸と軸受との接触面積を縮小し、さらに慣性モーメントを小さくするためにクランク軸径を可能な限り小さく設計することが望ましい。また、クランク軸径を小さくすることによりクランク軸とともに構成されるピストン回転体の重量が軽くなり、駆動のためのモータ消費電力を小さくできる。また、さらにクランク軸径が小さくなる分、全体の圧縮機の外径も小さくでき、小スペース化にも有効であるという利点がある。
【０００６】
他方、圧縮機に代替冷媒として凝縮圧力が高いＨＦＣ系冷媒を使用した場合、従来のＨＣＦＣ冷媒に比べ蒸発潜熱が大きく、蒸発ガス密度が大きいため、圧縮機の押し除け容積あたりの能力が大きくなる。このような代替冷媒に適した圧縮室のディメンジョンを提案する２シリンダのロータリ圧縮機として、特開平８−１４４９７６公報に、シリンダ高さＨをシリンダ内径Ｄｓとクランク偏心量ｅの積で除したＨ／ ( Ｄｓ・ｅ ) の値が０．０７〜０．１３の範囲の値になることが記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の方式で製作した複数シリンダのロータリ圧縮機に代替冷媒を使用した場合、作動ガスの吸込み圧力と吐出し圧力との差が大きくなる冷媒があることと、複数シリンダにすることにより、シリンダの両側に設置されている軸受同士の間隔が１シリンダの場合よりも大きくなること、すなわちガス荷重を受ける支点が長くなることと、さらに、クランク軸径を小さく設計することを志向されることから、シリンダの両側に配置された軸受の間におけるクランク軸の曲がり変形が大きくなる。クランク軸の曲がり変形が大きくなると、軸受に対するクランク軸の傾きが大きくなり、片当たりが生じる。この片当たりにより、クランク軸は軸受から押し付け反力を受け摩擦損失となり、駆動力のロスになるという問題がある。さらに、２つの軸受の間で曲がり変形が起こることにより、ピストンも傾くため、各シリンダを密閉する部材端面および仕切板端面と各ピストン端面との間に片当たりが生じ、各ピストン端面は相対する端面から反力を受けて摩擦損失が大きくなるという問題がある。
【０００８】
上記の２つの問題となる摩擦損失は、クランク軸の曲がり変形量が大きくなると圧縮機の性能に対して無視できなくなる。これらの摩擦損失は、いずれも片当たりによるものであって、クランク軸が曲がろうとしているにもかかわらず、２つの軸受や、仕切板および上下の端面によって拘束されることにより生じる反力であり、接触面積が小さく、接触面圧が高くなるために、機械的なエネルギー損失が発生する。他方、軸受部に生じる摩擦損失は、平均的にクランク軸と軸受とに働くため、前記の曲がり変形によって生じる摩擦損失よりも小さい。したがって、クランク軸径を小さくすることは、クランク軸と軸受との摩擦損失を低減し、性能に対する効果があるが、曲がり変形が大きくなることによって増加する摩擦損失の圧縮機性能への影響が大きくなるため、クランク軸径の縮小には限りがある。
【０００９】
また、クランク軸の曲りによって生じるピストンの傾きが生じることを考慮すると、ピストン端面と仕切板並びに端板との隙間を、生じるピストンの傾きに応じて大きく設定する必要があり、これらの隙間の増大により、圧縮ガスの漏れ量が増え、圧縮室の体積効率が低下するといった問題がある。
【００１０】
一方、代替冷媒として作動圧力が高くないＨＦＣ系混合冷媒や炭素系自然冷媒を用いた場合においても、軸受間距離が大きくなることにより前述したクランク軸の曲りが生じ、これによってピストンが傾くことになり、軸受や端板面に片当りが生じる。代替冷媒は、従来のＨＣＦＣ系冷媒のように極圧抑制作用のある塩素分子がないため、接触部分において摩擦損失が増加し、エネルギ損失や摩耗が増加する問題がある。
【００１１】
上記２つの問題を解決することは代替冷媒を用いた複数シリンダのロータリ圧縮機を設計する上で課題となる。
【００１２】
特開平８−１４４９７６公報に記載された技術は、冷媒ガスの排除効率を最適にするための設計基準は記載されているが、クランク軸の曲がり変形による摩擦損失や体積効率の低下に関して記載されておらず、これらを解決することが重要な課題となる。
【００１３】
本発明の目的は、クランク軸の曲がり変形を低減する複数シリンダロータリ圧縮機を提供することにある。
【００１４】
また、本発明のその他の目的は、組み立て性を維持しつつクランク軸の曲がり変形を低減する複数シリンダロータリ圧縮機を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、
密閉容器内に電動機部と圧縮機部とがクランク軸によって連結され、前記クランク軸が回転軸に対して偏心した第１のクランクピンと第２のクランクピンを備え、前記圧縮機部が、前記クランク軸を支持する主及び副軸受と、前記主および副軸受間に設けられ、前記第１もしくは第２のクランクピンの外径より大きい内径の貫通孔を有する仕切板によって仕切られた第１、第２のシリンダと、前記第１、第２のシリンダ内で前記クランク軸の回転に伴って偏心運動する第１、第２のピストンと、前記クランク軸を備えた複数シリンダロータリ圧縮機において、
前記第１のクランクピンと第２のクランクピンとの間に設けられた複数の接続部であって、前記接続部の各々は前記各クランクピンの偏心方向に張り出し、前記接続部のうちの少なくとも一つは、前記仕切板の貫通孔内に収納される部分に設けることによって達成される。
【００１６】
また、上記目的は、
密閉容器内に電動機部と圧縮機部とがクランク軸によって連結され、前記クランク軸が回転軸に対して偏心した第１のクランクピンと第２のクランクピンを備え、前記圧縮機部が、前記クランク軸を支持する主及び副軸受と、前記主および副軸受間に設けられ、前記第１もしくは第２のクランクピンの外径より大きい内径の貫通孔を有する仕切板によって仕切られた第１、第２のシリンダと、前記第１、第２のシリンダ内で前記クランク軸の回転に伴って偏心運動する第１、第２のピストンと、前記クランク軸を備えた複数シリンダロータリ圧縮機において、
前記第１のクランクピンと前記第２のクランクピンとの間に構成された中間軸のうち、前記仕切板の貫通孔内に収納される部分の回転軸に対する垂直断面が、前記第１のクランクピンもしくは前記第２のクランクピンのうち、一方のクランクピンの回転軸に対する垂直断面に含まれ、かつ、他方のクランクピンの回転軸に対する垂直断面の部分に含まれない部分があり、かつ、外形と回転軸心からの距離の最大値が、前記仕切板の貫通孔の内半径よりも小さい接続部を、前記貫通孔内に収納される部分の中間軸に備えることによって達成される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面により説明する。図１は本発明による複数シリンダロータリ圧縮機の一実施形態を示す縦断図面であり、図２は複数シリンダロータリ圧縮機のクランク軸の形状を示す側面図、図３は図２のクランク軸の断面形状を示す断面図である。
【００１９】
図１ないし図３において、１は密閉容器、２は電動機部で、２ａは電動機のロータ、２ｂはステータ、４０、４１はロータ２ａに設けたバランス重量、３はクランク軸、４は主軸受、５は圧縮機構部、６ａは第１のシリンダ、６ｂは第２のシリンダ、５０は仕切板、８は副軸受、９はカバー、１０ａは第１のピストン、１０ｂは第２のピストン、１１はカバー、１２ａ、１２ｂはベーン、１３は第１のクランクピン、１４は第２のクランクピン、１５は吐出室、１６は吐出ガス通路、１７は吐出室、１８は吐出パイプ、１９ａ、１９ｂは吸込パイプである。この実施形態は、２個のシリンダを備えた２シリンダロータリ圧縮機を対象にしている。
【００２０】
クランク軸３を支持する主軸受４が密閉容器１の内壁に溶接などによって固定されている。そして、この主軸受４の一方の空間には、電動機２が収納され、他方には、圧縮機構部５が収納されている。電動機２は、クランク軸３が嵌着されたロータ２ａとこれに対向かつ同軸のステータ２ｂとからなり、ステータ２ｂは密閉容器１に固定されている。
【００２１】
圧縮機構部５では、クランク軸３が主軸受４からさらに続いており、その先端部が副軸受８によって支持されている。これら主軸受４と副軸受８との間には、２つのシリンダ６ａ、６ｂと仕切板５０によって仕切られ、2組の圧縮室が形成されており、これらシリンダ６ａ、６ｂ内で夫々クランク軸３にクランクピン部１３、１４が形成されている。すなわち、仕切板５０は、２つのシリンダ６ａ、６ｂ間に挟まれる構造をなしている。また、これらシリンダ６ａ、６ｂ内に夫々ピストン１０ａ、１０ｂが収納されており、これらピストン１０ａ、１０ｂは夫々クランクピン部１３、１４に嵌入されている。電動機部２によってクランク軸３が回転駆動されると、クランクピン部１３、１４にしたがってピストン１０ａ、１０ｂが互いに１８０゜の位相差で回転する。
【００２２】
これらピストン１０ａ、１０ｂには、バネ部材によってベーン１２ａ、１２ｂが常に圧接されており、シリンダ６ａではピストン１０ａとベーン１２ａとにより、また、シリンダ６ｂではピストン１０ｂとベーン１２ｂとにより、夫々圧縮室が形成されるが、クランク軸３の回転によるピストン１０ａ、１０ｂの偏心回転により、シリンダ６ａ、６ｂ内の圧縮室は縮小と拡大を繰り返す。そこで、シリンダ６ａ、６ｂには、そこでの圧縮室が拡大したとき、吸込パイプ１９ａ、１９ｂから供給される冷媒ガスがこれら圧縮室に吸い込まれ、クランク軸３の回転とともに圧縮室が縮小することにより、冷媒ガスは圧縮され、これらの圧力がある大きさになると（吐出圧力）、シリンダ６ａ内の圧縮冷媒ガスは主軸受４とそのカバー１１によって形成される吐出室１７に、シリンダ６ｂ内の圧縮冷媒ガスは副軸受８とそのカバー９によって形成される吐出室１５にそれぞれ吐出される。冷媒ガスは、シリンダ６ａ、６ｂによって交互に圧縮され、密閉容器１から吐出パイプ１８を通って冷凍サイクルへ吐出される。
【００２３】
図２は、本発明の一実施例を示した２シリンダロータリ圧縮機のクランク軸３の一部分を抜き出した図である。３０は、回転軸に対し互いに偏心した第１のクランクピン１３及び第２のクランクピン１４を接続する中間軸、５１は仕切板５０に開けた貫通孔、３１及び３２は中間軸３０であって仕切板５０の貫通孔５１内に収納される第1及び第2の接続部である。第１のクランクピン１３、第２のクランクピン１４、中間軸３０、第1の接続部３２及び第2の接続部３１を含むクランク軸３０は、鋳造により一体に成形されている。
【００２４】
第１のクランクピン１３及び第２のクランクピン１４には、図２には図示しない、第１のピストン１０ａ及び第２のピストン１０ｂの運動によって冷媒が圧縮され、この圧縮荷重がかかる。この圧縮荷重の方向は、それぞれのクランクピンの偏心方向である。すなわち、図２においてクランク軸３を左方向（反時計回り）に回転させる傾転モーメントが働く。また、両クランクピンに働く圧縮荷重の和は、クランク軸３の回転位置によっては大きく変化はしないものの、一方のピストン１０の外壁面シリンダ６の内壁面によって形成される作動室の圧力が吐出圧になったときに最も大きな値となる。
【００２５】
この圧縮荷重（ガス荷重）がそれぞれのクランクピンにかかるため、シリンダの両側に配置された軸受からは反力を受け、軸受の間におけるクランク軸には曲げが作用する。このため、クランク軸３と同径の従来の中間軸では、この曲げによって中間軸部が変形し主軸受４や副軸受８の片当たりといった問題があった。
【００２６】
このような問題を解決するため、図２に示した実施の形態では、クランク軸３とほぼ同径である中間軸３０をそれぞれのクランクピンの偏心方向に拡張した接続部を設けた。すなわち、第１のクランクピン１３と接する中間軸３０にはクランクピン１３の偏心方向に拡張した第１接続部３２を、第２のクランクピン１４と接する中間軸３０にはクランクピン１４の偏心方向に拡張した第２接続部３１を設けた。
【００２７】
このとおり、中間軸３０に設けられた第２接続部３１はクランクピン１４の偏心方向に拡張されている。すなわち、中間軸３０に形成された接続部３１のクランク軸３に対して垂直な断面（例えばＡＡ断面）は第２のクランクピン１４の断面に含まれるているが、第１のクランクピン１３の断面には含まれない部分に拡張している。同様に、中間軸３０に設けられた第１接続部３２はクランクピン１３の偏心方向に拡張されている。すなわち、中間軸３０に形成された接続部３２のクランク軸３に対して垂直な断面は第１のクランクピン１３の断面に含まれるているが、第２のクランクピン１４の断面には含まれない部分に拡張している。
【００２８】
このように、拡張された接続部３１及び３２を中間軸３０に形成することにより、図２において、クランクピンが中間軸３０に与える荷重を支えることが可能になり、中間軸３０の変形が緩和され、各軸受の片当たりが抑制される。
【００２９】
次に組み立て法について簡単に説明する。図１において、電動機部２及び主軸受４は既に密閉容器１内に組み込まれているものとする。第１のクランクピン１３、第２のクランクピン１４、中間軸３０、第１の接続部３２及び第２の接続部３１を含むクランク軸３０に、圧縮機構部５を形成する各部品の組み込みに付き説明する。第１クランクピン１３に第１ピストン１０ａを組み込み、その周囲を覆う第１シリンダ６ａを配置する。次に、仕切板５０を配置する。仕切板５０の貫通孔５１をクランク軸３に挿入し、第２クランクピン１４を通す。この貫通孔５１の内径は、第２クランクピン１４の外径よりも若干大きく形成されている。そして、仕切板５０が第２クランクピン１４を通過したところで、仕切板５０を第２クランクピン１４の反偏心方向に移動させる。すなわち、仕切板５０の貫通孔５１の中心がクランク軸３の中心と一致する方向に仕切板５０を移動する。続いて、第２クランクピン１４に第２ピストン１０ｂを嵌め込んでその周囲に第２シリンダを配置し、副軸受８を取り付けてネジ止めすることにより圧縮機構部５の組み立てが完成する。
【００３０】
この組み立てに関しての留意点を以下に示す。まず第１に、仕切板５０の貫通孔５１が第２クランクピン１４を通過可能である径であること。第２に、貫通孔５１の内径内に中間軸３０が配置されるのであるが、中間軸３０に設けられた各接続部がクランク軸３が回転しても、貫通孔５１の内壁に当接しないこと。第３に、第１接続部３２、第２接続部３１及び仕切板５０の厚さの関係が、第２のクランク軸１４を通過した仕切板５０が中間軸３０近傍で、貫通孔５１の中心がクランク軸３の中心に一致するように仕切板５０が移動可能であるような関係となっていること。
【００３１】
第１については、貫通孔５１の内径を第２クランクピン１４の外径よりも大きくすることで解決される。複数シリンダロータリ圧縮機では、ピストン端面と仕切板端面との間は圧縮室を仕切る密閉要素になっている。偏心運動するピストンの外径の軌跡と仕切板の貫通孔内径の距離が大きいほど、密閉性が高くなるため、この貫通孔内径は小さい方が望ましい。一方、クランクピン間に仕切板を組込むためには、仕切板の貫通孔の内径は、少なくとも一方のクランクピンの外径より大きくなければならないが、その差はクランクピンが通過可能な最小限にすることが望ましい。
【００３２】
第２について、図３を用いて説明する。この図は、図２のクランク軸３の接続部３１の断面形状を示すＡＡ断面図である。図３において、ＲＰ２は第２のクランクピン１４（実線）の中心軸を中心とした外半径、ＲＨは仕切板５０の貫通孔５１（点線）の内半径、ＲＪはクランク軸３を回転させたとき、クランク軸３の中心から最も離れた中間軸３０の接続部３１の軌跡を示す円（２点鎖線部が１個所ある円）の外半径で、ＲＨより小さい。なお２点鎖線部が２個所ある円はクランクピン１３である。
【００３３】
すなわち、２つの接続部のうち最も中間軸３０の中心から離れている部分の回転軌跡が貫通孔５１内径よりも内部にあれば両者は接触しない。本実施の形態では図３に示すごとく、接続部の最外径の回転軌跡が貫通孔５１の内径よりも小さく設定してあるので、支障なくクランク軸３を回転させることができる。
【００３４】
第３について説明する。ここで、もし、第１の接続部３２の厚さと第２の接続部３１の厚さが同じであり、かつ中間軸の高さの半分であり、さらに仕切板５０の厚さが第１の接続部３２及び第２の接続部３１の厚さよりも厚いと仮定する。クランクピン１４を通過した仕切板５０は、第２の接続部３２に当接する。この時、貫通孔５１はまだ第２のクランクピン１４を抜けていないので、第２のクランクピン１４によって横方向の移動が規制されてしまう。このため、中間軸３０の位置に貫通孔５１を配置することはできない。本実施形態では、組み立て時に仕切板５０の貫通孔５１を通過させないクランクピン（本例では第１のクランクピン１３）側の接続部（本例では第１接続部３２）のクランクピン（第１のクランクピン１３）とは反対の面と、貫通孔５１を通過させるクランクピン（本例では第２クランクピン１４）の仕切板５０に対向する面の基準線迄の距離を、仕切板５０の厚さよりも大きくした（この時、貫通孔５１を通過させるクランクピン（本例では第２クランクピン１４）側の接続部（本例では第２接続部３１）の厚さは自由に設定可能）。この構成によって、貫通孔５１を第２クランクピン１４を通過させた後、予定の位置に仕切板５０を移動させることが可能となる。
【００３５】
本実施の形態によれば、中間軸３０の接続部３１の断面形状は、第２のクランクピン１４と仕切板５０の貫通孔５１が重なった範囲にあり、かつ、第１のクランクピン１３の断面とは重ならない部分がある構成である。したがって、組立て時、第２のクランクピン１４と中間軸３０の接続部３１を仕切板５０の貫通孔５１が通過可能であり、運転中は接触せずに回転できる。また、中間軸３０の大部分を占める接続部３１の断面形状を、組立て時仕切板５０の貫通孔５１が通過しない第１のクランクピン１３の断面に含まれない部分に拡張しているため、この部分の断面積を増加し、中間軸３０の曲がり変形が小さくなる。
【００３６】
図４は、他の変形例を示す図である。図５は、図４の中間軸３００の仕切板５０の貫通孔５１に収納される第１接続部３１０の断面形状を示すＢＢ断面図である。クランク軸３の中間軸３００の第１接続部３１０の回転軸に対する垂直断面の形状は、２つのクランクピンのうち電動機２に近い第１のクランクピン１３の断面に含まれ、かつ、第２のクランクピン１４の断面に含まれない部分があるように拡大している。図５において、ＲＰ１は第１のクランクピン１３の中心軸を中心とする外半径、ＲＨは仕切板５０の貫通孔５１の内半径、ＲＪは中間軸３００の第１接続部３１０の外半径で、ＲＨより小さい。
【００３７】
第１の実施の形態と同様に、中間軸３００の第１接続部３１０の断面積を仕切板５０が組立可能な範囲で最大に拡大することにより、剛性を大きくでき、軸の曲がり変形が小さい構造とすることができる。また、第１接続部３１０は回転軸に対し偏心アンバランス重量を有している。二つのクランクピンとピストンによるアンバランス重量を電動機２のロータ２ａ上下に設けたバランス重量４０、４１で平衡させる構造において、電動機２に近い方に偏心重量を設けることにより、ロータ２ａの下部に設けるバランス重量４０を小さくできる。これによりバランス重量の材料の低減、必要スペースの縮小、さらには、バランス重量の遠心力による軸の曲り変形を低減することができるため、軸受摩擦損失の低減、振動の低減に対する効果がある。
【００３８】
なお、この場合の組み立ては、第１クランクピン１３が貫通孔５１を通過させるクランクピンとなる。
【００３９】
図６は、他の変形例を示し、第７図は、第６図の中間軸３００の第1のクランクピン１３に接続する第1の接続部３１１と第2のクランクピン１４に接続する第２の接続部３１２の接続部の断面形状を示すＤＤ断面図である。第1のクランクピン１３と第２の接続部３１２との最小距離ＬＰ１は仕切板５０の厚さＢＳよりも大きい。第１、第2の接続部３１１、３１２の回転軸に対する垂直断面はそれぞれ接続しているクランクピンの回転軸に対する垂直断面に含まれ、かつ、他方のクランクピンの回転軸に対する垂直断面に含まれない部分に拡張している。
【００４０】
さらに、前記二つの接続部の断面形状を同心の同外径の円とすればこの部分を含め両者の接続部の断面形状を最大かつ加工容易に形成できる。
【００４１】
本実施の形態によれば、図２に示したものに比べて、貫通孔が通過しない側のクランクピン（本例では第２クランクピン１４）側の接続部（本例では第２接続部３１２）の厚さを大きくすることができる。中間軸３００の接続部３１１、３１２の断面形状は、一方のクランクピンと仕切板５０の貫通孔５１が重なった範囲にあり、かつ、他方のクランクピンの断面とは重ならない部分がある構成である。したがって、組立て時、クランクピンとの距離が仕切板５０の厚さより大きい一方の接続部に対し、他方の接続部とこの接続部が接続しているクランクピンを仕切板５０の貫通孔５１が通過可能であり、かつ、両者の接続部は運転中貫通孔５１とは接触せずに回転できる。したがって、接続部の断面形状は、仕切板５０の組立て可能な範囲で拡張しているため、この部分の断面積を増加し、中間軸３００の曲がり変形を小さくした構造である。
【００４２】
【発明の効果】
以上本発明によれば、複数シリンダを有するロータリ圧縮機において、クランク軸径を小さく設計することを志向するなかで、クランクピン間の曲がり変形を低減でき、クランク軸と軸受、クランクピンとピストン内面あるいは各シリンダを密閉する端板および仕切板端面とピストン端面の片当たりが少なくなるため、摩擦損失が小さくなり、機械効率の損失が低減する。さらに、クランク軸と軸受、ピストンと端板や仕切板端面との余分な隙間も小さくできるため、漏れが少なくなり、体積効率の低減を抑えられる。これらの効果により、クランク軸の変形による性能の低下を抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示した２シリンダロータリ圧縮機の圧縮機部と電動機部を示す縦断面図。
【図２】図１における２シリンダロータリ圧縮機のクランク軸３の一部分を抜き出した図。
【図３】図２のクランク軸３の中間軸３０の接続部３１を、回転軸に垂直な平面に投影した断面図。
【図４】図２に示した例の変形例を示した２シリンダロータリ圧縮機のクランク軸３の一部分を抜き出した図。
【図５】図４のクランク軸３の中間軸３００の接続部３１０を、回転軸に垂直な平面に投影した断面図。
【図６】図２に示した例の変形例を示した２シリンダロータリ圧縮機のクランク軸３の一部分を抜き出した図。
【図７】図６のクランク軸３の中間軸３００の第１の接続部３１１と第２の接続部３１２の接続部を、回転軸に垂直な平面に投影した断面図。
【符号の説明】
１…密閉容器、２…電動機部、２ａ…ロータ、２ｂ…ステータ、３…クランク軸、３０、３００…中間軸、３１、３１０…接続部、３１１…第1の接続部、３１２…第2の接続部、４…主軸受、５…圧縮機構部、６ａ、６ｂ…シリンダ、５０…仕切板、５１…貫通孔、８…副軸受、９…カバー、１０ａ、１０ｂ…ピストン、１１…カバー、１２ａ、１２ｂ…ベーン、１３…第１のクランクピン、１４…第２のクランクピン、１５…吐出室、１６…吐出ガス通路、１７…吐出室、…吐出パイプ、１９ａ、１９ｂ…吸込みパイプ。
Claims (8)
- 密閉容器内に電動機部と圧縮機部とがクランク軸によって連結され、前記クランク軸が回転軸に対して偏心した第１のクランクピンと第２のクランクピンを備え、前記圧縮機部が、前記クランク軸を支持する主及び副軸受と、前記主および副軸受間に設けられ、前記第１もしくは第２のクランクピンの外径より大きい内径の貫通孔を有する仕切板によって仕切られた第１、第２のシリンダと、前記第１、第２のシリンダ内で前記クランク軸の回転に伴って偏心運動する第１、第２のピストンと、前記クランク軸を備えた複数シリンダロータリ圧縮機において、
前記仕切板の厚さは、前記第１のクランクピンと第２のクランクピンとの間の寸法よりも小さく、
前記第１のクランクピンと第２のクランクピンとの間に設けられた複数の接続部であって、前記接続部の各々は前記各クランクピンの偏心方向に張り出し、前記接続部のうちの少なくとも一つは、前記仕切板の貫通孔内に収納される部分に設けられている複数シリンダロータリ圧縮機。 - 請求項１において、
前記接続部の最外径の回転軌跡は前記仕切板の貫通孔の内径よりも小さく設定した複数シリンダロータリ圧縮機。 - 請求項１において、
前記仕切板の貫通孔内に収納される部分に設けられている接続部の、前記クランク軸における軸方向の寸法は、前記仕切板の当該寸法よりも大きいことを特徴とする複数シリンダロータリ圧縮機。 - 密閉容器内に電動機部と圧縮機部とがクランク軸によって連結され、前記クランク軸が回転軸に対して偏心した第１のクランクピンと第２のクランクピンを備え、前記圧縮機部が、前記クランク軸を支持する主及び副軸受と、前記主および副軸受間に設けられ、前記第１もしくは第２のクランクピンの外径より大きい内径の貫通孔を有する仕切板によって仕切られた第１、第２のシリンダと、前記第１、第２のシリンダ内で前記クランク軸の回転に伴って偏心運動する第１、第２のピストンと、前記クランク軸を備えた複数シリンダロータリ圧縮機において、
前記第１のクランクピンと前記第２のクランクピンとの間に構成された中間軸のうち、前記仕切板の貫通孔内に収納される部分の回転軸に対する垂直断面が、前記第１のクランクピンもしくは前記第２のクランクピンのうち、一方のクランクピンの回転軸に対する垂直断面に含まれ、かつ、他方のクランクピンの回転軸に対する垂直断面の部分に含まれない部分があり、かつ、外形と回転軸心からの距離の最大値が、前記仕切板の貫通孔の内半径よりも小さい接続部を、前記貫通孔内に収納される部分の中間軸に備えた複数シリンダロータリ圧縮機。 - 請求項４において、前記第１のクランクピンと前記第２のクランクピンとの間に構成された中間軸において、前記第１のクランクピンに接続し、回転軸に対する垂直断面が、この第１のクランクピンの回転軸に対する垂直断面に含まれ、かつ第２のクランクピンの回転軸に対する垂直断面に含まれない部分を有し、かつ、外形と回転軸心からの距離の最大値が、前記仕切板の貫通孔の内半径よりも小さい第１の接続部と、前記第２のクランクピンに接続し、回転軸に対する垂直断面が、該第２のクランクピンの回転軸に対する垂直断面に含まれ、かつ、第１のクランクピンの回転軸に対する垂直断面の部分に含まれない部分あり、かつ、外形と回転軸心からの距離の最大値が、前記仕切板の貫通孔の内半径よりも小さい第２の接続部とを備え、前記第１の接続部と前記第２のクランクピンの最小距離もしくは、前記第２の接続部と前記第１のクランクピンの最小距離のうち、少なくとも一方の最小距離が前記仕切板の厚さより大きく設定した複数シリンダロータリ圧縮機。
- 密閉容器内に電動機部と圧縮機部とがクランク軸によって連結され、前記クランク軸が回転軸に対して偏心した第１のクランクピンと第２のクランクピンを備え、前記圧縮機部が、前記クランク軸を支持する主及び副軸受と、前記主および副軸受間に設けられ、前記第１もしくは第２のクランクピンの外径より大きい内径の貫通孔を有する仕切板によって仕切られた第１、第２のシリンダと、前記第１、第２のシリンダ内で前記クランク軸の回転に伴って偏心運動する第１、第２のピストンと、前記クランク軸を備えた複数シリンダロータリ圧縮機において、
前記第１のクランクピンと第２のクランクピンとの間に設けられた複数の接続部であって、前記接続部の各々は前記各クランクピンの偏心方向に張り出し、前記接続部の最外径の回転軌跡は前記仕切板の貫通孔の内径よりも小さく、前記接続部のうちの少なくとも一つは、その前記クランク軸における軸方向の寸法が前記仕切板の厚さより大きく、且つ、当該接続部の一部が前記シリンダ内径内に収納される部分があるような接続部を有する複数シリンダロータリ圧縮機。 - 密閉容器内に電動機部と圧縮機部とがクランク軸によって連結され、前記クランク軸が回転軸に対して偏心した第１のクランクピンと第２のクランクピンを備え、前記圧縮機部が、前記クランク軸を支持する主及び副軸受と、前記主および副軸受間に設けられ、前記第１もしくは第２のクランクピンの外径より大きい内径の貫通孔を有する仕切板によって仕切られた第１、第２のシリンダと、前記第１、第２のシリンダ内で前記クランク軸の回転に伴って偏心運動する第１、第２のピストンと、前記クランク軸を備えた複数シリンダロータリ圧縮機において、
前記第１のクランクピンと前記第２のクランクピンとの間に構成された中間軸において、
前記第１のクランクピンに接続し、回転軸に対する垂直断面が、この第１のクランクピンの回転軸に対する垂直断面に含まれ、かつ、第２のクランクピンの回転軸に対する垂直断面に含まれない部分を有し、かつ、外形と回転軸心からの距離の最大値が、前記仕切板の貫通孔の内半径よりも小さい第１の接続部と、
前記第２のクランクピンに接続し、回転軸に対する垂直断面が、この第２のクランクピンの回転軸に対する垂直断面に含まれ、かつ、第１のクランクピンの回転軸に対する垂直断面の部分に含まれない部分があり、かつ、外形と回転軸心からの距離の最大値が、前記仕切板の貫通孔の内半径よりも小さい第２の接続部とを、備え、
前記第１の接続部または前記第２の接続部のうちの少なくとも一つは、その前記クランク軸における軸方向の寸法が前記仕切板の厚さより大きく、且つ、その一部がシリンダ内径内に収納される部分があり、
他方の接続部とこれに相対するクランクピンとの最小距離は前記仕切板の厚さより大きく設定した複数シリンダロータリ圧縮機。 - 請求項７において、
前記第１の接続部と前記第２のクランクピンとの最小距離、若しくは、前記第２の接続部と前記第１のクランクピンとの最小距離のうち、一方の最小距離が前記仕切板の厚さより大きく、他方の最小距離が前記仕切板の厚さより小さく設定した複数シリンダロータリ圧縮機。
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